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Fotones, entrelazamiento cuántico, y rotar en ambos sentidos al mismo tiempo

FÍSICA

Rayos de luz láser sin intensidad en el medio. (Foto: Robert Fickler, University of Vienna)

Uno de los fenómenos más fascinantes de la física cuántica es el entrelazamiento cuántico. Los cuantos entrelazados de luz se comportan como si fueran capaces de influenciarse unos a otros, aún estando separados espacialmente. Esto no significa que se influyan mutuamente entre dos puntos del espacio a través de un "agujero de gusano", pero sí es un fenómeno enigmático y complejo.
La cuestión de si el entrelazamiento cuántico se limita o no a objetos pequeñísimos surgió ya en los primeros días de la física cuántica. Ahora, un equipo de especialistas del Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Viena, ubicado en la Universidad de Viena, Austria, y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en la Academia Austriaca de Ciencias, ha dado el primer paso para comprobar el entrelazamiento cuántico con fotones en rotación.
Para ilustrar el concepto, una patinadora artística sobre hielo que estuviera dotada de las necesarias propiedades de la mecánica cuántica, tendría la extraña habilidad de dar vueltas simultáneamente a la derecha y a la izquierda. Además, la dirección de sus rotaciones podría estar correlacionada con las vueltas que realizase un patinador "entrelazado" con ella, aunque ambas personas estuvieran girando en pistas de patinaje sobre hielo situadas en continentes diferentes. Cuanto más rápido girasen ambas personas, mayor sería el número cuántico de su sentido de rotación, el llamado momento angular.
Desde hace unos 20 años se sabe que, al menos en teoría, no hay límite superior para el momento angular de los fotones. Sin embargo, los experimentos anteriores estuvieron limitados a momentos angulares muy débiles y números cuánticos pequeños, debido a restricciones físicas.
En cambio, en el experimento ideado por el equipo de Robert Fickler, es posible en teoría crear entrelazamiento, independientemente de la fuerza del momento angular o la magnitud de su número cuántico. Si esto se pudiera llevar a la práctica, sería viable lograr el entrelazamiento cuántico de objetos macroscópicos, y convertir en realidad el ejemplo de la pareja de patinaje artístico con entrelazamiento cuántico cuyos miembros simultáneamente giran a la derecha y a la izquierda.
Sin embargo, muchos obstáculos deberán ser superados antes de poder realizar semejante experimento con objetos macroscópicos.

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Nuevos pasos para filmar el baile de los átomos

FÍSICA

Un campo electromagnético acelera los fotoelectrones que emiten átomos de neón irradiados por un láser de rayos X de electrones libres. (Imagen: Jörg Harms/MPSD, CFEL)

Gracias a sus ráfagas de rayos X ultracortos, los láseres de electrones libres (FEL, por sus siglas en inglés) pueden filmar átomos en movimiento en moléculas complejas y en el curso de reacciones químicas. Pero, para poder realizar esta grabación es preciso conocer con exactitud el tiempo de llegada y el perfil temporal de los pulsos que iluminan periódicamente el sistema.
Ahora, un equipo internacional de científicos, incluidos algunos del Donostia International Physics Center (DIPC) y la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), en España, ha desarrollado una técnica de medición capaz de proporcionar esa caracterización temporal completa de pulsos FEL. Se ha probado con éxito en un láser de este tipo del Centro Alemán de Aceleradores de Partículas (DESY).
El equipo investigador, dirigido por Adrian Cavalieri del Center for Free-Electron Laser Science (Alemania), ha conseguido medir el perfil temporal de cada pulso de rayos X con una precisión de femtosegundos (la milbillonésima parte de un segundo). También ha participado el científico Nikolay Kabachnick de la Universidad Estatal Lomonosov, en Moscú, visitante regular del DIPC.
La técnica puede implementarse en cualquiera de los láseres de electrones libres de rayos X del mundo, lo que posibilita, en última instancia, un empleo más eficiente de estas fuentes láser. Los resultados se han publicado en el último número de la revista científica Nature Photonics.
Los pulsos de rayos X que emiten los láseres de electrones libres proporcionan oportunidades de investigación únicas, ya que los pulsos, además de ultra-intensos, son ultracortos. Una sola ráfaga –o pulso– FEL de una duración no mayor de unas decenas de femtosegundos, o incluso menor, contiene billones de fotones de rayos X.
Sin embargo, el tiempo de llegada, e incluso el perfil temporal de un pulso FEL, pueden variar drásticamente de un pulso a otro. Por ello, si se pretende emplear el FEL para filmar procesos dinámicos ultrarrápidos, se debe medir el tiempo de llegada de cada pulso para reordenar los fotogramas individuales capturados con cada pulso FEL individual.
Si se dispone de la información temporal exacta, los pulsos FEL de rayos X de femtosegundos son suficientemente cortos como para permitir el estudio de átomos en movimiento, reacciones químicas y transiciones de fase en materiales, con resolución temporal en la escala del femtosegundo.
Si además, simultáneamente se mide el perfil, la forma, del pulso FEL de rayos X, sería posible incluso ir más allá, y explorar procesos que evolucionan durante la exposición a los rayos X. En esas escalas de tiempo, el movimiento de electrones y la dinámica de los estados electrónicos se vuelven significativos.
La dinámica electrónica puede ser responsable por ejemplo de provocar daños en biomoléculas, lo que a su vez podría provocar su destrucción antes de que éstas puedan ser captadas en una imagen nítida.
Para llevar a cabo sus mediciones, el equipo adaptó el llamado 'streaking de fotoelectrones', una técnica empleada en física de attosegundos (milésima de femtosegundo). Andrey Kazansky, profesor investigador de Ikerbasque en el DIPC y la UPV/EHU, explica que "la técnica de streaking permite registrar los perfiles temporales de haces o pulsos luminosos variables, gracias a la creación de haces de fotoelectrones y posterior análisis de la distribución de energía de estos electrones".
Un fotoelectrón es el electrón emitido por la materia como consecuencia de la absorción de un fotón de alta energía. En otras palabras, es un electrón que ha sido arrancado por un fotón.
Aprovechando las intensidades tan altas disponibles en los FELs, los investigadores han sido capaces de llevar a cabo medidas utilizando la técnica de streaking en la fuente FLASH de DESY (Alemania), en cada pulso. Para ello, se lanzan los rayos X del láser a través de gas de neón. Cada pulso FEL de rayos X arranca un haz de fotoelectrones del gas noble y el perfil temporal de cada haz de fotoelectrones resulta ser una réplica del pulso FEL que lo generó.
Luego, un campo electromagnético muy intenso hace que estos fotoelectrones sean acelerados o desacelerados, dependiendo del instante exacto en el que han sido emitidos. Este efecto de aceleración o desaceleración se puede medir y combinando adecuadamente toda la información disponible, se puede obtener el perfil temporal y el tiempo de llegada de cada pulsos de rayos X individual con una precisión de unos cinco femtosegundos.
“La clave de esta técnica es la medición simultánea del tiempo de llegada y el perfil del pulso, independientemente del resto de parámetros del FEL” explica Adrian Cavalieri, profesor en la Universidad de Hamburgo y líder de grupo en el departamento de Investigación para la Dinámica de Estructuras del Instituto Max Planck. "Hasta ahora, ninguna otra medición había ofrecido una información temporal completa, y es precisamente esta información la que será decisiva para futuras aplicaciones de estas fuentes de rayos X".
La caracterización del puso FEL presentada por el equipo de investigación se realiza sin apenas afectar el haz del FEL –para crear los fotoelectrones sólo se pierde un numero insignificante de fotones–. Por lo tanto, se puede aplicar en cualquier experimento en prácticamente cualquier longitud de onda.
En un futuro inmediato, la técnica de streaking generada por láser va a ser utilizada en FLASH para controlar y mantener la duración del pulso FEL y estudiar una amplia variedad de sistemas atómicos, moleculares y de estado sólido. En próximos experimentos, los investigadores piensan utilizar estas medidas de alta precisión como feedback crítico para ajustar y manipular el perfil del haz de rayos X.

Fuente IPC/Basque Research

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Heladas y deshielos en Marte, ¿el agua moldeando el paisaje marciano?

ASTRONOMÍA

Marte es un planeta cambiante, y en tiempos geológicos recientes los ciclos reiterados de congelación y descongelación desempeñaron un papel mayor de lo esperado en cuanto a la configuración del terreno.
En un intento de lograr una mejor capacidad para hacer interpretaciones geológicas más fiables de los paisajes de Marte, un equipo de investigadores ha desarrollado nuevos modelos para el análisis de imágenes del planeta.
El equipo de Andreas Johnsson, de la Universidad de Gotemburgo en Suecia, comparó imágenes aéreas del archipiélago noruego de Svalbard con imágenes satelitales de Marte en la misma resolución, y combinó eso con trabajo de campo.
A pesar del hecho que Svalbard es considerablemente más caliente que Marte, un tipo de paisaje común en el archipiélago de Svalbard muestra una serie de llamativas similitudes con ciertas zonas de Marte.
Una importante característica común es la presencia de permafrost y agua congelada en el subsuelo.
Habiendo estudiado cientos de barrancos marcianos y comparándolos con Svalbard, los investigadores encontraron evidencias de que los barrancos de Marte probablemente se formaron mediante erosión ejercida por agua y nieve derretida.
Cerca de la superficie, el agua ha dado forma al paisaje de Marte. Hay áreas de los hemisferios norte y sur del planeta que se han congelado y descongelado alternativamente en la historia geológica reciente, y eso parece explicar las sorprendentes similitudes con los paisajes del archipiélago de Svalbard.
En definitiva, los resultados del nuevo estudio sugieren que el agua en Marte ha tenido un papel más amplio de lo que previamente se imaginaba, y que pudo haber en un pasado geológico reciente entornos capaces de sostener la vida. De hecho, al respecto de esto último, algunos científicos opinan que el subsuelo marciano podría acoger, aún hoy en día, algunos reductos de vida microbiana autóctona marciana.

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La misión GRAIL avanza hacia el mejor mapa del campo gravitatorio de la Luna

ASTRONOMÍA

Variaciones en el campo gravitatorio lunar detectadas por la misión GRAIL. En rojo, los excesos de masa y en azul, su menor cantidad. (Imagen: NASA)

La misión Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) de la NASA acaba de facilitar el mapa del campo gravitatorio de la Luna con la datos recopilados entre marzo y mayo de este año.Todavía no es la cartografía definitiva, pero ya ofrece nuevos datos y gran cantidad de detalles sobre este aspecto de nuestro satélite. Los avances se explican en tres artículos del último número de Science.
“Se sabía que los impactos fracturan las cortezas planetarias, pero GRAIL ha demostrado que la corteza superficial de la Luna ha sido totalmente destrozada por el bombardeo que se produjo en los comienzos de la historia planetaria y que las fracturas pueden penetrar decenas de kilómetros hacia el interior”, explica a SINC Maria Zuber, investigadora del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU) y coordinadora del primer estudio.
“Este hallazgo tiene implicaciones importantes para saber cómo se enfrió la Luna y el transporte de fluidos en su interior –prosigue la científica–. Se encontraron ‘techos’ masivos de magma solidificado, los restos que quedan de la expansión temprana de la Luna. Hasta ahora no había evidencias de ello porque los primeros impactos borraron los registros de la superficie lunar. La única evidencia que perdura ha estado oculta bajo el suelo”.
La información de cómo estos extensos mantos de magma enfriado –denominados ‘diques’– cortan las corteza, se detalla en otro de los artículos, en el que también participa Zuber aunque se coordina desde el Colorado School of Mines en Golden (EEUU).
Los investigadores también han comprobado que la corteza lunar es mucho más delgada de lo que se pensaba y que algunos de los primeros impactos excavaron casi toda la corteza, por lo que estas cuencas representan “una ventana hacia el interior de la Luna”.
En el tercer artículo, liderado por el investigador Mark A. Wieczorek de la Universidad Diderot de París (Francia), se revela que la corteza superior de nuestro satélite tiene entre 35 y 40 kilómetros de grosor, una cifra inferior a la que se pensaba hasta ahora, además de probablemente también ser más porosa.
Toda esta información y la cartografía se ha elaborado con datos recogidos por GRAIL pasando durante la pasada primavera a unos 55 km de altitud sobre la superficie lunar. “A finales de agosto bajamos las órbitas y han estado cartografiando a la mitad de altitud, a unos 23 km”, señala Zuber. “Y en los próximos días bajaremos aún más para crear un mapa con una resolución extraordinariamente alta. ¡Queda mucho que aprender sobre la Luna!”
Mientras tanto, las dos naves gemelas de la misión, Flow (Flujo) y Ebb (Reflujo), continúan trabajando en tándem. Sus instrumentos miden las distancias entre ambas según sobrevuelan la superficie de la Luna y se ven afectadas por la diferente atracción gravitacional que manifiesta la topografía y los cambios en la masa del terreno.

Fuente: SINC

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¿Vida compleja propiciada por la presencia de un planeta como Júpiter?

ASTROBIOLOGÍA

Tres tipos de anillos de asteroides. (Foto: NASA/ESA/A. Feild, STScI)

El tamaño y la ubicación de un cinturón de asteroides, formado por la evolución del disco protoplanetario alrededor de una estrella y por la influencia gravitacional de un planeta gigante cercano al estilo de Júpiter, podría determinar si surgirá vida compleja en un planeta como la Tierra.
Así se deduce de las conclusiones a las que ha llegado el equipo de Rebecca Martin, de la Universidad de Colorado en Boulder, y Mario Livio del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, ambas instituciones en Estados Unidos.
Que la presencia de un cinturón de asteroides pueda ser beneficiosa, por más que el cinturón pertenezca a una clase muy específica, puede parecer insólito, ya que a menudo los asteroides son considerados como una amenaza para la vida, debido a su potencial de impactar contra mundos como la Tierra y desencadenar extinciones en masa. Sin embargo, un concepto emergente presenta a las colisiones de asteroides contra planetas como un mecanismo capaz de impulsar el nacimiento y evolución de formas complejas de vida.
Ya se acepta que los asteroides pudieron haber proporcionado agua y compuestos orgánicos a la Tierra. Pero además, siguiendo la línea marcada por Martin y Livio en su estudio, cabe plantearse que impactos ocasionales de asteroides contra un planeta podrían acelerar en él su ritmo de evolución biológica, al perturbar su medio ambiente hasta el punto en el que las especies deben probar nuevas estrategias de adaptación para sobrevivir.
Por otro lado, una tasa muy alta de impactos de asteroides contra un planeta puede truncar su evolución biológica o incluso impedir que surja la vida.
Así pues, ¿qué tipo de cinturón de asteroides resulta más favorable para la vida? Al parecer, uno mediano, ni muy exiguo ni muy lleno de material. Un cinturón exiguo no puede aportar a los nuevos planetas los componentes vitales antes citados. Uno con demasiado material puede bombardear más de la cuenta a los planetas con posibilidades de vida. La presencia relativamente cercana de un planeta gigante gaseoso, con una evolución orbital como la que ha tenido Júpiter en su historia, impediría por tanto una acumulación peligrosa de "escombros" en el cinturón de asteroides, pero sin eliminarlo.
Los resultados del nuevo estudio muestran que sólo una pequeña fracción de los sistemas planetarios observados hasta la fecha parece tener planetas gigantes en la ubicación idónea para producir un cinturón de asteroides del tamaño adecuado, que permita el surgimiento de la vida en un planeta rocoso cercano.

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Más características de nuestro sistema solar que son comunes en otros

ASTRONOMÍA

Ilustración de sistema solar primigenio. (Foto: NASA JPL / Caltech)

Hace unos 4.567 millones de años, nacieron los planetas de nuestro sistema solar a partir de un disco de gas y polvo que giraba alrededor del Sol. Aunque los astrónomos observan procesos similares en sistemas solares más jóvenes ubicados en diversas zonas de la Vía Láctea, se creía hasta ahora que cierto subproceso en la formación de nuestro sistema solar tardó en iniciarse alrededor del doble de tiempo de lo que parece haber tardado ese mismo subproceso en el ciclo de creación de otros sistemas solares.
Ahora, una nueva investigación dirigida por el Centro de Formación de Estrellas y Planetas, del Museo de Historia Natural de Dinamarca, dependiente de la Universidad de Copenhague, sugiere lo contrario.
Gracias al uso de métodos perfeccionados de análisis por isótopos de uranio y plomo, el nuevo estudio sobre meteoritos primitivos ha permitido a los investigadores determinar la fecha de su formación a partir de dos tipos muy distintos de materiales: las inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAIs, por sus siglas en inglés) y los cóndrulos, encontrados en el mismo meteorito examinado. Esto ha conducido a introducir modificaciones en la cronología comúnmente aceptada para la historia del desarrollo de nuestro sistema solar.
En parte, el estudio confirmó análisis anteriores, que demostraban que los CAIs se formaron durante un período muy corto de tiempo. El nuevo descubrimiento es que los cóndrulos se formaron también durante los primeros 3 millones de años de desarrollo del sistema solar. Esto contradice hipótesis anteriores según las cuales los cóndrulos sólo empezaron a formarse aproximadamente 2 millones de años después de los CAIs.
Lo descubierto ahora por el equipo de James Connelly y Martin Bizzarro, del Centro de Formación de Estrellas y Planetas, concuerda mucho más con lo observado en otros sistemas planetarios. En líneas generales, los resultados del nuevo estudio demuestran que no somos tan exclusivos como creíamos. Nuestro sistema solar se parece a otros sistemas planetarios observables dentro de nuestra galaxia. Lo descubierto en la nueva investigación respalda los resultados de otros estudios que indican que los planetas similares a la Tierra son más comunes en el universo de lo que se pensaba.

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Disipación de calor mediante cristales ferroeléctricos y el efecto electrocalórico

CIENCIA DE LOS MATERIALES

Simulación de la dinámica molecular del material utilizado. (Foto: Maimon Rose y Ronald Cohen Carnegie Institution)

Se ha descubierto un nuevo y eficiente modo de bombear calor utilizando cristales especiales. Estos cristales pueden inyectar o extraer calor, incluso a escala nanométrica, por lo que podrían ser usados en chips de ordenador para evitar el sobrecalentamiento, que es actualmente un obstáculo importante para lograr velocidades más altas en los ordenadores.
El equipo de Ronald Cohen, del Laboratorio Geofísico en el Instituto Carnegie de Ciencia, en Washington, D.C., y Maimon Rose, ahora en la Universidad de Chicago, realizó simulaciones sobre cristales ferroeléctricos, que son materiales que tienen polarización eléctrica en ausencia de un campo eléctrico.
La polarización eléctrica se puede revertir aplicando un campo eléctrico externo.
Los científicos encontraron que la introducción de un campo eléctrico provoca un cambio de temperatura gigantesco en el material, lo cual es un fenómeno conocido como efecto electrocalórico.
El efecto electrocalórico permite así bombear calor por medio de un campo eléctrico aplicado.
Desde la década de 1930, se conoce este efecto, pero no había sido aprovechado porque se venían usando materiales con altas temperaturas de transición.
Los autores del nuevo estudio han comprobado que el efecto es considerablemente mayor si la temperatura ambiente está bien por encima de la temperatura de transición, así que es mejor usar materiales con una temperatura de transición baja.

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Tercer vuelo para el avión espacial X-37B

ASTRONÁUTICA

(Foto: Boeing)

La USAF ha lanzado la tercera misión de su avión espacial automático X-37B. El vuelo, cuyos objetivos están clasificados, así como su órbita y coste, despegó el 11 de diciembre, a las 18:03 UTC, desde Cabo Cañaveral. La misión ha sido bautizada como OTV-3, pero estaría utilizando el mismo vehículo que se usó en el vuelo inaugural (uno de los objetivos sería demostrar su reutilización).
El OTV-3 empleó una vez más un cohete Atlas-5 (501/AV-034) para su lanzamiento, el cual lo habría colocado en una órbita baja de unos 400 km. Desde allí, y gracias a su capacidad de maniobra, podrá modificar su altitud, abrir su bodega y ensayar sensores almacenados a bordo, etc. No se han mostrado fotografías de la preparación de la nave antes del despegue, y por tanto se desconoce su carga útil.
Durante esta misión, el OTV-3 debería probar que los trabajos encaminados a su reutilización han sido un éxito, además de llevar a cabo tareas secretas y de demostrar sus capacidades operativas. En esta ocasión, por ejemplo, la USAF podría decidir su aterrizaje en la pista del Space Shuttle del Kennedy Space Center, en vez en Vandenberg, como ocurriera en los dos últimos vuelos. Cuándo ocurrirá eso, no obstante, no se sabe.
El X-37B ha sido construido por Boeing y pesa unos 5.400 kg. Su primer vuelo se prolongó durante 225 días, y el segundo durante 469 días.
Mientras tanto, existen indicios de que se podría estar diseñando un X-37C algo más grande y con capacidad de transportar a una tripulación.

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Corea del Norte se une al club espacial

ASTRONÁUTICA

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En lo que habría sido el cuarto intento de lanzamiento desde 1998, Corea del Norte logró por fin, el 12 de diciembre, su objetivo de colocar un satélite en órbita por medios propios. Los esfuerzos de este país por lograrlo, sin embargo, han cosechado críticas en todo el mundo, dado que se teme que la iniciativa esté sirviendo de tapadera para el desarrollo de un misil de largo alcance. Con la satelización del segundo Kwangmyongsong-3 (el primero falló el pasado mes de abril) desde el centro de Sohae, Corea del Norte estaría de hecho demostrando la disponibilidad efectiva de un medio de transporte para su programa nuclear, capaz de alcanzar a un buen número de sus rivales políticos y militares.
En todo caso, y según indica el NORAD estadounidense, puede confirmarse que esta vez el cohete Unha-3 sí ha efectuado correctamente su trabajo, situando a su carga en una órbita circular de unos 500 km, inclinada 97,4 grados respecto al ecuador, es decir, en una trayectoria polar heliosincrónica.
Corea del Norte se suma así al selecto grupo de países con capacidad orbital propia. El lanzamiento ha levantado manifestaciones de rechazo en la región y más allá, mientras su patrocinador señala que su satélite estará dedicado sólo a la exploración pacífica del espacio exterior. El ingenio pesaría unos 100 kg, podría transportar una cámara y sistemas de comunicaciones.

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El extraño caso del agujero negro de Andrómeda

ASTROFÍSICA

La galaxia de Andrómeda. (Imagen: Adam Evans)

Uno de los numerosos agujeros negros presentes en la vecina galaxia de Andrómeda ha puesto patas arriba los modelos de emisión de rayos X al descubrirse que la luminosidad que emite puede llegar a superar aquella que le correspondería en función de su masa.
Una investigación, en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en España, ha establecido la masa de este objeto en unas diez veces la del Sol.
No obstante, algunos de sus registros de luminosidad exceden los límites establecidos por la física. El hallazgo ha sido publicado en la revista Nature.
Una serie de fórmulas matemáticas establece cuál debe ser la luminosidad máxima de un objeto cósmico en función de su masa –conocida como la luminosidad de Eddington–.
Por encima de este límite, por ejemplo, una estrella normal se descompondría. Para un agujero negro de masa una decena de veces superior a la del Sol, esta cifra es de 1x1032 vatios, un millón de veces mayor que la luminosidad del Sol.
Algunas fuentes cósmicas de rayos X alejadas de los centros de las galaxias brillan con luminosidades que superan esta cifra, y por ello se denominan fuentes de rayos X ultraluminosas –ULX por sus siglas en inglés–.
Tienen masas mayores que las de los agujeros negros normales pero menores que las de los agujeros negros supermasivos localizados en los centros de las galaxias.
La experta del Instituto de Ciencias del Espacio –centro del CSIC asociado al Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña– Margarita Hernanz, que ha colaborado en la investigación, explica: “Dentro de las ULX, el nivel de luminosidad de este agujero negro es de los menos intensos, de hecho, sólo supera el límite de 1x1032 vatios en algunas ocasiones”.
Este fenómeno se debe a la propia configuración del agujero negro, que pertenece a un sistema binario en el que él y su estrella acompañante orbitan mutuamente entre sí a gran velocidad. Durante este baile cósmico, parte de la materia de la estrella es atraída y absorbida por el agujero. Antes de ser engullida, esta materia crea un disco de acrecimiento alrededor del agujero negro y emite intensamente en rayos X.
Es en este momento cuando puede medirse la luminosidad del objeto y su masa, ya que, como comenta la investigadora del CSIC, “un agujero negro que no interactúa con ningún otro objeto no puede ser observado porque no emite luz”.
La luminosidad de este fenómeno depende de la masa del agujero negro, ya que cuanto más masivo sea, más potente será su campo gravitatorio y más materia será capaz de absorber, lo que le conferirá una mayor luminosidad.
No obstante, resulta lógico pensar que estos parámetros no son estables, sino que varían con el tiempo y, a menor escala del agujero más rápida será la variación de los parámetros. Según Hernanz, “el objeto que comenzó siendo un ULX ha demostrado ser un microcuásar, un sistema binario que alberga un agujero negro de masa pequeña. Las observaciones en radio de los chorros relativistas de materia expulsada por los polos del agujero negro en rotación han ayudado a determinar su masa”.
Los resultados obtenidos por esta investigación abren una nueva ventana de comprensión de los agujeros negros y su evolución en el Universo. Para la investigadora, “comprender el comportamiento de los agujeros negros supone un gran reto, no obstante, las microescalas en las que se presentan los microcuásares hacen que su evolución sea mucho más rápida y les convierten en escenarios perfectos para entender la evolución de los cuásares –los mega agujeros negros ubicados en el centro de las galaxias– para comprender cómo se ha distribuido la masa y la energía en el Universo primitivo y cómo se han formado las galaxias que vemos hoy en día”. (Fuente: CSIC)

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Lubricante a base de cebolla es ideal para cortar superficies

CIENCIA DE LOS MATERIALES

Las pruebas se desarrollaron con procesos de perforación que mostraron buen desempeño. (Foto: UNC)

El lubricante que se usa en procesos industriales de corte y que es altamente contaminante podría sustituirse por fluidos como el producido por la cebolla.
Así lo han establecido investigadores de los grupos Tribología y Superficies y Bioprocesos y Flujos Reactivos de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia en Medellín, pues las exploraciones hechas sobre sus bondades químicas les han permitido extraer fluidos lubricantes que exhiben un desempeño similar al de los convencionales y sin ser tóxicos para el medioambiente.
Natalia Jaramillo, integrante del grupo, explica: “entre el 75% y el 85% de los fluidos de corte producidos en el mundo son de base mineral; estos pueden causar serios problemas ambientales y enfermedades ocupacionales en los operarios que tienen contacto con ellos”.
Pero los problemas se minimizarían usando aceites de base vegetal, que —debido a su biodegradabilidad, baja volatilidad y altos índices de viscosidad— permiten reducir los niveles de polución ambiental mientras mantienen la eficiencia en los procesos de corte.
Los procesos experimentales han demostrado que algunos compuestos vegetales del bulbo de cebolla (como ácidos grasos, carbohidratos y proteínas) tienen un comportamiento especial en la lubricación.
Los científicos creen que estos compuestos crean capas protectoras sobre las superficies involucradas en el proceso de remoción de material, lo que aumenta la vida útil de la herramienta y perfecciona el acabado superficial de la pieza.
La metodología ha consistido en extraer y efectuar la caracterización física y química de los compuestos de lubricación, para luego probarlos en ensayos tribológicos de perforación cuyo fin es obtener datos de desgaste en la herramienta de corte y coeficientes de fricción entre superficies en contacto.
Según Diana López, docente del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UN en Medellín, esta iniciativa forma parte de una tendencia mundial que busca disminuir los impactos negativos de los fluidos convencionales usándolos en menores cantidades y teniendo en cuenta que la zona en la que se da la remoción de material es reducida.
El proyecto se desarrolla desde el año 2010 y ha contado con la participación de estudiantes de pregrado (Marcos Sepúlveda, Rodrigo Montes, Carolina Peláez, Mauricio Grisales, Natalia Jaramillo, Cristian Duque) y posgrado (Migdalia García).
Su objetivo, en fases posteriores, es examinar materias primas de tipo no alimenticio que hagan más eficiente la extracción de compuestos lubricantes.

Fuente: Agencia de Noticias U. Nacional de Colombia.

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La conducta de una carga eléctrica entre dos metales dispares

FÍSICA

El tamaño de las piezas de los circuitos electrónicos disminuye cada año. (Foto: Uberpenguin/Matt Gibbs)

En el punto donde entran en contacto dos cables, cada uno de un metal muy distinto del otro, las cargas eléctricas pueden experimentar cambios importantes de conducta cuando las dimensiones de ese punto de unión son muy pequeñas. Un nuevo estudio revela detalles inesperados sobre ese comportamiento.
El tamaño de las piezas de los circuitos electrónicos disminuye cada año, gracias a la agresiva miniaturización augurada por la Ley de Moore, la cual postuló que la densidad de transistores en los circuitos integrados se duplicaría cada 18 meses aproximadamente.
Este progreso constante ha hecho posible que podamos llevar ordenadores en nuestros bolsillos, pero plantea serios retos. Al disminuir hasta la escala atómica los tamaños de las piezas, la conducta en ellas de las cargas eléctricas deja de estar atada a las leyes del mundo macroscópico y empieza a obedecer cada vez más a las leyes del mundo microscópico, incluyendo las de la mecánica cuántica.
Para construir los chips de ordenador del futuro, los diseñadores necesitarán conocer a fondo cómo se comporta una carga eléctrica cuando se confina a cables metálicos de sólo pocos átomos de diámetro.
El equipo del físico Peter Grütter, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, en colaboración con especialistas del centro de investigación y desarrollo que la empresa General Motors tiene en Warren, Michigan, Estados Unidos, han mostrado que la corriente eléctrica puede disminuir drásticamente en la unión de cables de dos metales distintos. Los investigadores estudiaron un contacto minúsculo entre oro y tungsteno, dos metales que actualmente se utilizan en combinación para chips de ordenador a fin de conectar distintos componentes funcionales de un dispositivo.
La reducción sorprendentemente marcada de la corriente, que constituye un buen ejemplo de "rareza cuántica", revela un importante reto que podría influir en las decisiones que se tomen para escoger los materiales y al diseñar dispositivos en el campo emergente de la nanoelectrónica.

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Método con un láser de rayos X para darles "supercarga" a unos átomos

FÍSICA

El láser del LCSL puede arrancar los electrones de átomos. (Foto: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Unos investigadores, usando un sofisticado proyector de haces láser de rayos X, el LCLS, o Fuente de Luz Coherente del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC, en Menlo Park, California, han encontrado una manera de despojar a átomos de xenón de la mayoría de sus electrones, creando un estado de "supercarga" positiva, a energías que hasta ahora se pensaba que eran demasiado bajas.
El logro desafía a la teoría y a las expectativas. "El experimento con el LCLS llevó el estado de carga hasta un extremo inesperado y sin precedentes; más del doble de la energía absorbida por átomo que se esperaba, y la expulsión de docenas de electrones", destaca Benedikt Rudek, del Centro Alemán para la Ciencia del Láser de Electrones Libres en Hamburgo, quien analizó los datos.
Daniel Rolles, investigador del citado centro, dirigió los experimentos.
De modo parecido a cómo una cuerda de guitarra estirada puede vibrar y sostener una nota, un ajuste específico de propiedades del láser puede causar que átomos y moléculas resuenen. La resonancia excita a los átomos y los hace despojarse de sus electrones a una velocidad que de otro modo requeriría energías más altas.
Aunque ya se sabía que provocar resonancias en los átomos afecta a sus estados de carga, no estaba claro qué efecto exacto podría tener esto sobre átomos pesados que son ionizados por una fuente como el LCLS. "Fue el estado de carga más alto que se haya observado con un solo pulso de rayos X, lo cual muestra que los enfoques teóricos existentes tienen que ser modificados", explica Rolles.
El equipo había utilizado previamente una fuente láser en Alemania para exponer varios átomos y moléculas a pulsos de luz ultravioleta, y estaba ansioso por utilizar el LCLS, de mayor energía, para proseguir con esta línea de investigación.

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El objeto celeste más lejano y antiguo del universo

ASTRONOMÍA

La galaxia MACS0647-JD. (Foto: NASA, ESA, y M. Postman y D. Coe (STScI) y CLASH Team)

Combinando la potencia de los telescopios espaciales Spitzer y Hubble, y una de las "lentes de aumento" que existen de modo natural en el cosmos, unos astrónomos han establecido un nuevo récord en la búsqueda del objeto celeste más lejano y antiguo del universo.
Este objeto, una galaxia primitiva, se muestra como una mancha diminuta. Sin embargo, permite vislumbrar algo de cuando el universo tenía tan sólo un 3 por ciento de su edad actual, que es de 13.700 millones de años. La imagen observada de la galaxia recién descubierta, llamada MACS0647-JD, corresponde a 420 millones años después del Big Bang, el estallido en el que se creó el universo. Su luz ha viajado durante unos 13.300 millones de años hasta finalmente llegar a la Tierra.
Este hallazgo es el último descubrimiento de un programa en el que se utilizan lentes de aumento naturales para atisbar galaxias distantes del universo temprano. El grupo internacional de observación CLASH (por las siglas de Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble), dirigido por Marc Postman del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, está utilizando colosales cúmulos de galaxias como telescopios cósmicos con los que aumentar la imagen de galaxias distantes ubicadas detrás de estos cúmulos. Este efecto se denomina lente gravitacional.
En su recorrido, la luz de la MACS0647-JD dio un rodeo por múltiples desvíos en torno al colosal cúmulo de galaxias MACS J0647+7015. Sin la potencia de aumento del cúmulo, los astrónomos no hubieran visto esta remota galaxia. Gracias al efecto de lente gravitacional, el equipo de investigación del CLASH pudo observar tres imágenes aumentadas de la MACS0647-JD con el telescopio Hubble. La gravedad del cúmulo intensificó la luz de la lejana galaxia, haciendo que las imágenes fueran mucho más brillantes de lo que habría sido posible sin la lente gravitacional.
La galaxia MACS0647-JD es tan pequeña que en la época captada en las imágenes podría estar en las primeras etapas de su formación que la habría convertido finalmente en una galaxia bastante más grande. Un análisis realizado por el equipo de Dan Coe del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, muestra que la galaxia tiene menos de 600 años-luz de diámetro.
Este objeto puede ser uno de los muchos bloques de construcción de una galaxia. Cabe esperar que en los más de 13.000 millones de años transcurridos desde entonces, se hayan producido en esa región remota del cosmos decenas, cientos, o incluso miles de eventos de fusión con otras galaxias y fragmentos de galaxias.

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La Chang'e-2 sobrevuela el asteroide Toutatis

ASTRONÁUTICA

Después de varios meses operando alrededor de la Luna y de pasar por el punto de Lagrange L2, la sonda china Chang'e-2 fue redirigida hacia un objetivo muy distinto, el asteroide Toutatis. El pasado 13 de diciembre, el vehículo sobrevoló el astro, y nos envió fotografías que muestran su extraño aspecto. La nave pasó a unos 3 km de distancia, certificando que la tecnología china puede aspirar a explorar objetos del sistema solar de la misma manera que lo están haciendo otros países. La NASA también ha obtenido imágenes del asteroide, utilizando para ello un radar.

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